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楼主: henryharry2

[原创] 引力与核力

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 楼主| 发表于 2015-11-6 13:57:30 | 显示全部楼层

位似变换

量子引力与Dirac方程是相容的。引力总是自动劈裂成正、负能态,Weyl最初提出的规范群是相似变换群,引力所在的群是一种特殊的相似变换群—-位似变换群。经典引力中,牛顿第三定律不是处处成立的;量子引力采用的是量子力学的互动诠释,牛顿第三定律成立,规范不变群是位似群,所以引力场也是一种规范场。
引力的Dirac方程采用的不是纯Dirac表象,也不是纯Weyl表象,而是极矢量和轴矢量混合的表象。可以称为极矢量-轴矢量对偶表象,或者干脆称为Weyl-Dirac表象,虽然是个巧合,但这个名称用在这里很合适。相应的方程称为Weyl-Dirac方程。
当位似变换群将正能态变换为负能态时,总是变换为它的镜像。Dirac方程正能态的“大分量”和“小分量”自动劈裂成引力正、负能态的“大分量”和“小分量”,当Dirac方程的“大分量”和“小分量”演化时,引力的“大分量”和“小分量”也同时在演化,所以引力能够给出电子的正确自旋。在引力中,正能态和负能态的演化形成镜像,当把引力场的Weyl-Dirac表象映射回Dirac表象时,自动得到g因子2。
证据!!!
我们马上就找到了Weyl-Dirac方程成立的证据——轴矢量U(1)问题,引力场总是将正能态映射成镜像(轴矢量),所以量子色动力学中的轴矢量U(1)问题在量子引力中不是一个问题。
Weyl-Dirac方程也隐含了超对称,当正、负能态配对构成反对称时,映射成费米统计,例如电子自旋的情形。当正、负能态配对构成对称时,映射成玻色统计。引力当然对于费米子和玻色子都成立,不能因为它是费米子就产生的是排斥力。
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 楼主| 发表于 2015-11-13 14:39:32 | 显示全部楼层

束缚能

基态的氢原子质量比自由电子和自由质子质量之和少13.6eV。这对于引力而言是否也成立,比如说将冥王星放到水星那个位置,在其他内禀参数都相同的情况下,冥王星的质量是否会稍微减少呢?我认为不会,没道理。
这就意味着牛顿引力势不同于库仑静电势,这个能量恒为正的;这符合质能关系式的观点。有很多证据支持这个观点,比如说,原子核都像液滴,具有不可压缩性,因为某个基本能量无法再减小了。这就意味着引力也具有渐近自由性质,这也有证据,有了渐近自由性质,QCD就可以计算出质子的质量,表明质子的质量完全由能量构成。这表明,不可能有比质子质量更小的重子了,事实的确如此。
按照盖尔曼-大久保公式,重子八重态中,电荷越负,则粒子越重。这可以根据量子引力的这个性质推导出来,引力总是正-负能态配对的,所以重子八重态每次电荷中心可以移动半个单位,电荷中心移动的同时,由于这个能量为正,重子质量随之增加。
这倒是符合弦理论的引力场/规范场对偶理论中的某些观点。由于这项能量是正的,引力场可能确实有个屏;对于电磁场而言,屏就是电荷(电荷是个无穷远点);对于弱相互作用而言,屏是黑洞的视界(视界上有个翻转变换);对于强相互作用而言,屏就是重子。在屏上,引力场与规范场对偶。
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 楼主| 发表于 2015-11-19 04:54:01 | 显示全部楼层

矢量流守恒

紧随而至的是另一种本体论转变,即反转过来从流转回到强子。基本的假设是:强子流是一个强相互作用的全域对称性的表现,这一提议得益于守恒轴矢量假说(CVC)和部分守恒轴矢量假说(PCAC)的成功。并且,这遵守从对称性群推导而来的代数关系。这些对称性群和等时间对易关系紧密相连。这种猜测性的对称性限制,与可以从基底场论的全域对称性中推导出来的关于可测量之间的严密代数关系是相容的。尽管需要某些源自数据的刺激和源自理论发展的推动力,但是,探究基底的场论模型的动力学对称性之门并没有关闭。
我认为,CVC可看成是引力不会产生真空极化效应的证据。强相互作用的耦合常数是13.5,假如有真空极化效应,电荷耦合将被放大到一个可观的程度,事实上,实验观测到的却是矢量流守恒。这说明没有真空极化效应,这正是量子引力的特点。注意,引力并不弱,在黑洞的视界上,引力的耦合常数是1,远超电磁力和弱力,只比强相互作用稍弱,但强相互作用是短程力,引力却是长程力。
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 楼主| 发表于 2015-11-29 14:14:16 | 显示全部楼层

两种极端状况

支撑白矮星重量的压力,经典物理学是不可理解的;在经典物理学里,当温度为零时,便没有了提供压力的运动。在量子力学里,即使温度为零,运动也总是存在的,因为粒子不再沿单一的路径运动,总有一定数量的概率,其路径并不属于零运动。并且随着密度的增加,一个粒子的路径会以某种方式与其他粒子的路径发生联系,从而使代表快速运动路径的概率越来越高。简言之,高密度会迫使粒子运动加快,而正是这种快速运动产生出支撑恒星重量所需要的压力。
为了描述中子星的内部结构,必须知道致密物质的状态方程。对此我们并不清楚。不过,它应当限制在两个极端情况之间,一种是自由气体,其中的粒子不受相互作用;另一种是物质具有最大刚性的状态,其声速等于光速。所有允许的物质状态方程和物质形式都处于这两种极端状况之间。对这两个极端状况之间的许多可能性选择,只能依靠对重子间强相互作用的认识。
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 楼主| 发表于 2015-12-1 09:39:59 | 显示全部楼层

相对论平均场理论

相对论平均场理论把核子当作满足Dirac方程的相对论粒子,而等效二体力则被相应的等效介子场所取代。所谓等效介子场是指,把在体系的拉氏量中出现的介子质量和各种耦合常数当作自由参数处理,待用实验数据或某些成熟的理论结果确定了这些参数后,它们就成为不变的参数。同时可以把这种等效介子场看成是经典的常数场,即平均场近似。
相对论平均场理论适合描述核物质和中子星物质。从中子星整体性质的描述上来讲,相对论平均场理论具有一系列的优点。首先,它自动满足因果律。其次,相对论平均场理论中的耦合常数可以与核物质的整体性质相联系,由核物质的饱和性质决定。这样该理论能够体现我们在有关高密度物质方面所仅有的信息:(1) 因果律;(2) 微观稳定性(Le Chatelier原理);(3) 核物质的饱和性质;(4) 高密度下夸克的渐进自由等。
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 楼主| 发表于 2015-12-3 13:49:11 | 显示全部楼层

内压力

为了描述中子星的内部结构,必须知道致密物质的状态方程(即支配热力学量变化的定律,例如密度可以表示为密度或其他量的函数)。对此我们并不清楚。不过,它应当限制在两个极端情况之间,一个极端是自由气体,其中的粒子不受相互作用;另一种是物质具有最大刚性的状态,其声速等于光速。所有允许的物质状态方程和物质形式都处于这两种极端状况之间。对这两个极端状况之间的许多可能性选择,只能依靠对重子间强相互作用的认识。幸运的是,有一个重要的性质不太依赖于具体的致密物质状态方程,即中子星的最大质量。
为了描写气液相变,范德瓦耳斯建议引入气体分子间在较远的距离上有微弱的相互吸引,相当于补充了一点“内压力”。“内压力”概念后来对其他领域有重要的影响。物质中的声速随其刚性而增大。我认为,必须考虑引力的作用,引力的作用与“内压力”类似。
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 楼主| 发表于 2015-12-7 05:36:01 | 显示全部楼层

中子星EXO 0748–676

中子星EXO 0748–676作为一个低质量的X-射线双星体系是不寻常的,其不寻常之处在于,红移的氧和铁光谱线存在于由其表面发射出的光中。中子星中的物质极其致密,其所处状态与早期宇宙或地球上的实验体系中的状态很不相同,天文观测是探索这些物质的惟一方式。来自EXO 0748–676的多种信号为我们提供了进行这种研究的依据。来自RXTE、EXOSAT 和 XMM-Newton卫星的数据被用来计算该恒星的质量和半径,所获得的结果排除了中子星的所有“软”状态方程。在一个给定的温度和密度下的一个“软”状态方程所给出的压力要低于一个“硬”方程所给出的压力。如果EXO 0748–676是典型的中子星的话,那么奇异的凝聚态物质和不受约束的夸克可从中子星的中心排除。而相对比较传统的状态方程将可适用于它,它就相当于一个由中子和质子构成的体系。
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 楼主| 发表于 2015-12-9 05:37:28 | 显示全部楼层

中子星物质的状态方程

描述核子间的强相互作用,有两类完全不同的类型:微观模型和唯象近似。在微观模型中,根据核力的介子交换理论,构造现实的核子-核子势,如Argonne、Bonn、Nijimegen、巴黎、Urbana势等。对二体问题,根据实验数据来调整势中的参数。为了得到状态方程,需要求解复杂的多体问题。大多数多体问题非常复杂,以至于无法求解。
唯象近似利用的是密度依赖的有效N-N相互作用。其中的参数,利用原子核的各种性质(如结合能、半径)和核物质的饱和性质来确定。根据这种有效相互作用,就可简单地直接得到状态方程。唯象近似不如微观模型更基本,但它有不可替代的优点。首先,可以简单地得到状态方程,不需要像微观模型中求解复杂的多体问题那样求解。其次,唯象的状态方程可以很容易外推到确定有效相互作用参数以外的区域。因此唯象模型很适合描述中子星物质的状态方程。
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 楼主| 发表于 2015-12-13 05:45:13 | 显示全部楼层

碳12的秘密

我们知道,没有碳元素,生命便不能在地球上存在。但若碳核的结构不具有一定的特征,则其存量便不足以形成生命。这一谜团有关碳12核(质子和中子的一种特殊排列)的一个特定激发态。按照我们的基本模型,这一激发态根本不应该处在这一能级上。这一激发态,是红巨星内部深处碳核形成的关键一步,其性质是核物理学中研究最集中的问题之一。
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 楼主| 发表于 2015-12-15 13:29:38 | 显示全部楼层

C-N-O循环

大质量恒星的核心将继续收缩并最终触发3氦过程。3氦过程在1亿K的高温下才能稳定进行,虽然存在第一步反应很不稳定的弊端(质量数为8的铍8核极不稳定,260阿秒就再分裂回氦4),但在足够的密度下,整体的两步反应还是能够进行的并产生稳定的碳12核。由于3氦过程的反应速度和产能正比于温度的30次方、密度的立方,远远强于p-p反应仅为温度的4次方和密度的1次方,它能够顶住引力收缩。接着碳12核逐步累积并最终有足够的丰度维持C-N-O循环。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 04:18:52 | 显示全部楼层

中微子振荡

如果说中微子同时具有左、右手态,那将不存在任何使其质量为零的禁戒,e型、μ型与τ型中微子的质量也将不再严格彼此相等,并且三者之间将会发生跃迁,例如e型中微子经过一段距离,可能转变为μ型中微子,再经过一段距离,又可能转变回e型中微子,这种现象称为中微子振荡。中微子振荡的可能性首先由庞特科夫在1967年提出。然而由于三种中微子属于不同“味”的轻子,人们很关心,当它们以一定的几率振荡时,是否会破坏轻子“味”的守恒关系,因此,中微子振荡无疑地与轻子“味”守恒、中微子质量密切相关。对于它们的研究,不仅有助于对中微子性质的认识,也有助于对弱作用基本规律的认识,此外,由于中微子在天体演化,甚至宇宙早期阶段所伴演的重要角色,对中微子的深入研究更有助于人类对宇宙及天体的演化规律的深入认识。
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 楼主| 发表于 2015-12-31 04:08:31 | 显示全部楼层

中子星的研究

迄今为止,Z>106的原子核还无法观测到。根据核壳层模型理论的预言,原子核也具有类似元素的周期性,当中子数或质子数为一定数值,即为幻数时,核特别稳定。Z=114是一个幻数,在它附近,应存在一些稳定或比较稳定的原子核。虽然这个超重核岛至今还没有被实验发现,人们却相信,中子星是一个由 10的57次方数量级的中子和10的55次方数量级的质子组成的原子核,它依靠万有引力束缚在一起非常稳定,结合能可以达到100MeV。
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 楼主| 发表于 2016-1-6 06:11:30 | 显示全部楼层

汤姆逊原子

还有一种看法,认为中子星是一个巨大的汤姆逊原子。1897年,J. J. 汤
姆逊发现了电子以后,他把电子看作构成物质的成分之一,并提出了原子 的汤姆逊模型,认为原子由一个带正电的球体,内中有数量恰好中和正电的带负电的电子嵌入其中构成。这个理论虽然是研究物质结构的良好开 端,但是不久,即被他的学生卢瑟福的理论所替代。后来,卢瑟福行星式 的原子模型又由量子理论所取代,即使如此,对于电子不可能被束缚在极 小的原子核空间内两种理论却是公认一致的。中子星的发现,使这种认识 的发展有了转机。如果说中子星是一个体积巨大的原子核,电子被包含在 其中似乎有了可能。在中子星的内部,可以具有少量的、但数量相同的质子和电子,它们一方面维持了中子星的电中性;另一方面,根据泡利不相容原理,由于质子与电子的存在,填满了可能的状态,防止了自由中子衰变为质子、电子与中微子的可能性,维持了中子星这一个巨大的汤姆逊原子稳定的存在。
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 楼主| 发表于 2016-1-13 05:25:36 | 显示全部楼层

量子潮汐效应

特别强的磁场。在地球上,地球磁极的磁场强度最大,但也只有0.7高斯。太阳黑子的磁场更是强得不得了,约1000~4000高斯。而大多数脉冲星表面极区的磁场强度就高达10000亿高斯,甚至20万亿高斯。
我们认为,中子星的强磁场和量子引力有很大关系。中子星拥有的是偶极磁场,在电动力学里,磁偶极矩和电四极矩有同构关系,而电四极矩和量子潮汐效应又有同构关系。由于中子星的引力场很强,这样来理解,存在强磁场也就在预料之中了。
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 楼主| 发表于 2016-1-16 10:07:23 | 显示全部楼层

结合能

化学能量是源自于原子的结构中。一个氢原子存在着一个最小质量。一个氢原子的质量最小值比一个质子和一个电子的质量之和小13.6eV/c平方。一个氢原子的质量并非大于而是小于它各个组成部分的质量之和。这看上去好像原子中储存着一些负能量,它代表着要拆开原子需要花费一些力气,常常被称作“结合能”。这些不同质量的产生是由于围绕着原子核的电子处于不同运行轨道中运动造成的。
那么,一个氢原子的质量小于它各个组成部分的质量之和,到底是电子的质量减小了、还是质子的质量减小了呢?假设是电子的质量减小了,那么Dirac关于正负能态的划分就是不对的,因为对于正电子而言,它的质量会增加。唯一的可能性是,质量是由正负能态的配对给出的,并且质量具有电荷无关性,与正、负电荷无关。
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 楼主| 发表于 2016-1-16 10:11:09 | 显示全部楼层

强相互作用

还有一种可能是质量是存储在电子和质子之间的,对于热运动而言,肯定是这样的,因为氢原子必然是作为一个整体在运动的。这时候,电子和质子之间仿佛连着根弦。
我们从量子引力出发,知道引力肯定是正、负能态配对的,因为用相对原点代替绝对原点必然要求正、负能态配对,现在我们从相对论量子力学出发,再次得到这个结果;质量是引力的源,得到这个结果是必然的。令人惊奇的是,电荷无关性和弦这两个强相互作用的典型特征,在我们的推导过程中,很自然地冒了出来。
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 楼主| 发表于 2016-1-22 05:32:57 | 显示全部楼层

强烈的X射线辐射源可能是脉冲星

天文学家们长期以来一直认为黑洞是宇宙中唯一的超亮X射线源,有时候也被称作“ULXs”。当黑洞吞噬周遭物质,它们会发出强大的X射线辐射,这被认为正是发出超强X射线的源头。
这项研究的第一作者,来自法国图卢兹大学的马特罗·巴切提(Matteo Bachetti)表示:“直到现在,没有人将中子星,也就是这里说到的脉冲星,与ULXs联系在一起。”他说:“但从今往后,人们将尝试寻找更多这样的目标,并将其归为脉冲星,也就是中子星。我打赌在未来的几年内有更多的ULXs 会被认证为脉冲星。”
巴切提和他的研究组借助美国宇航局的NuSTAR空间望远镜对位于M82星系中的两个ULXs目标进行了观测,该星系距离地球约1200万光年。他们发现其中的一个X射线源M82 X-2实际上是一个致密的中子星,自转周期为1.37秒。
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 楼主| 发表于 2016-1-28 14:43:52 | 显示全部楼层

度规

广义相对论对粒子物理理论的影响几乎为零。当然也还可以找到一点蛛丝马迹。比如在电磁场的量子化中,由于洛伦兹条件的限制,无法使真空态(没有横光子的状态)归一化。也就是说,即使在真空态中也存在无穷多的纵光子和标量光子。为了克服这种困难,Gupta和Bleuler在1950年代引用一种“不定度规量子化”,将希尔伯特空间中的状态矢量的长度,归一化条件和统计平均值重新定义,以消除归一化的困难和真空态中无穷多的纵光子和标量光子。这里用到的数学技巧和广义相对论中度规的概念可以勉强扯到一起,但是最多也只是数学技巧而已。量子场论中的“不定度规量子化”和广义相对论中的时空度规在物理实质上没有任何联系。
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 楼主| 发表于 2016-1-29 04:45:10 | 显示全部楼层

理论错误

2004年,霍金首次对他的黑洞理论认错。原因是所谓的“信息悖论”。霍金认为,由于“霍金辐射”,黑洞会慢慢失去能量,质量逐渐减少。这就是“霍金蒸发”。最终黑洞中的所有物质连同它们所带有的一切信息都会完全蒸发掉。霍金的论断直接与量子力学原理相违背。根据量子力学,这些信息是不会消失的。这被称为黑洞的“信息悖论”(Information paradox)。30年后,霍金承认自己的理论错误。
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 楼主| 发表于 2016-2-8 07:44:11 | 显示全部楼层

磨刀霍霍

目前,除了弦理论,还有人正积极地从别的方法来结合广义相对论和量子力学。一个方法是牛津大学彭罗斯(Roger Penrose)的扭量理论,另一个方法——部分是在彭罗斯的激发下兴起的——是宾夕法尼亚州大学的Ab-hay Ashtekar所引导的新变量方法。人们越来越觉得它们可能与弦理论有着深刻的联系,而且,同弦理论一起,三个理论都在为同一个结果,为结合广义相对论与量子力学,而磨刀霍霍。
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